代码收藏家技术教程 2025-05-16

嵌入式硬件基础概念：从入门到精通

如果公司比较大的话，电路设计这部分其实分的特别细。这里面有硬件设计工程师、layout工程师、测试工程师、fae等等，里面还有一部分人专门负责采购、工艺和生产。如果公司比较小的话，那么肯有可能研发就两个人，一个嵌入式开发工程师，一个嵌入式硬件工程师，这个硬件工程师需要负责软件之外的所有工作。

当然，最最极端的情况，就是软件、硬件一人挑，这基本上就是一人公司的架构了。不管怎么说，是不是一人公司不太重要，重要的是把东西做出来，把产品卖出去。今天的话，我们简单了解下电路的基本概念。

1、电源

嵌入式设备的电源一般是两种，一种是自带电源，一种是外接电源。自带电源，就是自带电池，多为锂电池，可以外部携带使用。那外接电源的设备，一般就是固定位置使用。

通常而言，嵌入式电源提供的都是低压电源，比如24v、12v、5v、3.3v等等。如果不方便，可以个人买一个常规的直流稳压电源。

2、电阻、电容、电感

电阻的作用就是分压，电容就是通高频、阻低频，电感则反过来，它是通低频，阻高频。由于电阻的分压特性，一般用在分压电路、上拉电路、下拉电路当中。电容的话，由于自身带有电流蓄水池的功能，常常跟在电源旁边，起一个稳压的作用。电感的话，多用在电源电路当中，比如dc-dc电压转换电路当中，就要求串一个电感。

3、二极管、三极管、mos管

很多led都是二极管，比如蓝色led、红色led、绿色led。此外二极管还可以用作交流、直流转换电路当中。三极管现在用的比较少，很多时候可以当成一个开关使用，即小电压控制大电压。比如单片机的gpio输出一个高，连接一个三极管，打开三极管，这样发射集的电路就会导通，串联上的元器件就会开始工作。mos管的作用也是开关，只不过mos管的开关要比三极管频率高、功耗低，前面说的dc-dc，本质上就是用mos管实现的可变电压电路。

4、运放电路

运放电路多用于ad、da当中，即模拟和数字的转换。外部的信号电压可能很大，这个时候在ad采样之前，就要用运放电路缩小一下；反之da输出之后，如果达不到驱动要求，就需要运放放大一下。

ad/da和运放之间，一般有一个专门的ad/da芯片。当然很多mcu也有这个功能，只不过习惯上还是加一个spi接口的ad/da芯片来专门做这个事情。

5、最小系统电路

嵌入式的核心一般都是mcu电路，或者是soc电路。以mcu为例，一个系统要运行起来，至少要电源、晶振、复位、输入、输出，还有就是mcu本身。为了调试方便，我们还会加入一个串口打印。要烧入的话，需要补充一个swd外接接口。电源方面，很多时候都是用usb来代替，这就是很多mcu核心板的做法。

soc也是一样的做法，只不过这里mcu就不是一颗芯片，而是一个核心板的概念。也就是说，核心板上soc+ddr+flash+pmic，才相当于一颗mcu。好处就是核心板可以跑linux、跑android，实现的功能要比单纯的mcu多得多，不过价格也要贵一点。

6、原理图

硬件的最终目的是要生成pcb，并且pcb上贴满了元器件，有输入输出接口，有软件在mcu芯片可以运行起来，这是我们的目的。不过在pcb之前，我们需要知道这个硬件系统由哪几部分组成，不同的子模块里面元器件是怎么工作的，甚至有些时候一个产品不止一块电路板，这都是常见的事情。所以要做好pcb，首先要原理图设计好，比如电源是怎么转换的，外设有哪些，mcu是怎么工作的，运放如何接入，电路是怎么保护的，等等。

电路的本质是高压流向低压，产生回路就会有电流，有电流就会有分压。整个电路的状态是一直在变化的，随着外部的条件变化而变化。

7、pcb设计

有了原理图之后，对应的元器件就要选择封装（0402，还是0603），这样就会涉及到布局和布线。布局就是器件之间怎么摆放，布线就是器件之间怎么连线。这里面既涉及到板子的大小，又涉及到工艺和成本，甚至要求比较高的场合，还涉及到多层板布线，所以如果设计比较复杂的话，要么外包出去，要么招聘专门的layout工程师进行处理。

有的时候，我们希望层数越多越好，线越细越好，过孔越小越好，设计的时候当然可以这么来考虑。但是厂家的工艺是不是能达到，就算能达到，成本是否可以hold注，就是我们需要关心的了。很多时候，降成本都是从硬件开始的。